(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車であって、
第１シュラウドと、
前記第１シュラウドに対向して設けられた第２シュラウドと、
前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根と、
を備えることを特徴とする羽根車。
【請求項２】
前記羽根は、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方と、溶接により接合されることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項３】
前記羽根は、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方と、締結部材により結合されることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
【請求項４】
モータと、
前記モータに接続された回転軸と、
第１シュラウド、前記第１シュラウドに対向して設けられた第２シュラウド、及び、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根を具備する羽根車と、
前記羽根車を収納するポンプケーシングと、
を備えることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項５】
前記羽根は、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方と、溶接により接合されることを特徴とする請求項４に記載の羽根車。
【請求項６】
前記羽根は、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方と、締結部材により結合されることを特徴とする請求項４に記載の羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水等を送水する羽根車及び羽根車を用いた水中ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水等の送水に用いる水中ポンプは、渦巻形のケーシング内に羽根車が収容された渦巻ポンプが用いられる。水中ポンプは、羽根車が回転することで、ケーシングの下面に設けられた吸込口から吸い込まれた汚水をケーシングの側面に設けられた吐出口から吐出する構成が知られている。
【０００３】
このような汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、汚水中に含まれた異物が回転軸や羽根車等に巻き込まれることによる故障等を防止するために、汚水中に含まれる汚物を確実に排出できる構成が要求される。
【０００４】
このため、例えば、羽根車として、一枚のシュラウドに所謂セミオープン羽根と呼ばれる複数の羽根が設けられたものが用いられる。しかし、このような羽根車は、ポンプ効率が悪いことから、高効率が要求される場合においては、所謂クローズド羽根と呼ばれる羽根を用いた羽根車が用いられたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
クローズド羽根を用いた羽根車は、二枚のシュラウド間に羽根が設けられる構成であり、セミオープン羽根を用いた羽根車に比べて、羽根車内に異物が巻き込まれる虞が高い。このため、異物の巻き込みを防止するために、クローズド羽根としてシュラウド間に一枚の羽根を設けた羽根車も知られている。
【０００６】
一枚羽根の羽根車は、ポンプ効率を向上させるために、羽根の厚みを厚くする技術が知られている。具体的には、一枚羽根の羽根車は、その羽根の厚みが一端側、中央側及び他端側で異なる構成、例えば、羽根車の中心側に位置する一端側から中央側に向かって漸次その厚みが厚くなり、当該中央側から羽根車の外周側に位置する他端側に向かって漸次その厚みが薄くなる構成である。
【０００７】
このような一枚羽根の羽根車は、シュラウド間に羽根が一枚だけ設けられる構成であるとともに、その羽根の厚みが異なることから、配置や重量等の機械的バランスが悪く、振動や騒音の増大となる虞がある。
【０００８】
このため、水中ポンプを配置した場合に上方側に位置するシュラウドから羽根の内部を中空とする凹部を設け、他の部位との重量の差を極力低減することで、機械的バランスを向上させる技術が知られている。
【０００９】
しかし、羽根車に凹部が設けられていると、汚水中の異物等が当該凹部に蓄積されるため、振動や騒音の発生の原因となる。また、凹部は、羽根車の回転時に流体抵抗の増大の原因となり、水中ポンプの軸動力が増加する、という問題もある。
【００１０】
そこで、凹部を含めたシュラウドの上面を蓋体で覆い、さらに凹部の侵入物の排出口を設け、振動や騒音の発生を防止する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２０２０９２号公報
【特許文献２】特開２００６−９０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した羽根車及び水中ポンプでは、以下の問題があった。即ち、一枚羽根に凹部を設け蓋体で凹部を設ける羽根車では、蓋体が必要であるため、製造コストが増大する、という問題がある。特に、羽根車の外径が大きくなるにしたがって、蓋体の外径も増大することから、製造コストも増大する。
【００１３】
また、異物等の通過径を大きくとるために、羽根車の出口幅とポンプの吐出口径を同一にすることが望まれる。しかし、このような羽根車は、一対のシュラウドと羽根車とが鋳造等により製造されるため、所定の異物通過径を確保するために、吐出径よりも出口幅のほうが若干大に成形されていた。このため、出口幅が目標寸法よりも大となり、性能の低下の虞があった。
【００１４】
そこで本発明は、所定の異物通過径を確保及び性能の低下を防止可能、且つ、製造コストを低減可能な羽根車及び水中ポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の羽根車及び水中ポンプは次のように構成されている。
【００１６】
本発明の一態様として、水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車は、第１シュラウドと、前記第１シュラウドに対向して設けられた第２シュラウドと、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根と、を備える。
【００１７】
本発明の一態様として、水中ポンプは、モータと、前記モータに接続された回転軸と、第１シュラウド、前記第１シュラウドに対向して設けられた第２シュラウド、及び、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第１シュラウド及び前記第２シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根を具備する羽根車と、前記羽根車を収納するポンプケーシングと、を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、所定の異物通過径を確保及び性能の低下を防止可能、且つ、製造コストを低減可能な羽根車及び水中ポンプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る水中ポンプの構成を断面で示す説明図。
【図２】同水中ポンプに用いられる羽根車の構成を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１を、図１及び図２を用いて説明する。  
図１は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１の構成を断面で示す説明図、図２は水中ポンプ１に用いられる羽根車４２の構成を示す上面図である。なお、図１中、Ｂはボルトを、Ｆは水の流れを、Ｋは電源ケーブル、Ｌはライナリングをそれぞれ示す。
【００２１】
図１に示すように、水中ポンプ１は、モータ１０と、軸封装置１１と、ポンプ１２と、を備えている。このような水中ポンプ１は、汚水槽及び下水道等に設置され、異物（汚物等）を含む汚水を送水する所謂水中汚水ポンプと呼ばれるものである。
【００２２】
モータ１０は、モータケーシング２１と、固定子２２と、回転子２３と、回転軸２４と、を備えている。またモータ１０は、外部電源等に接続される電源ケーブルＫを有している。モータケーシング２１は、両端が閉塞する円筒形状に形成され、一方の端面が軸封装置１１にボルトＢ等により固定される。
【００２３】
固定子２２は、モータケーシング２１の内面に固定されている。また固定子２２は、電源ケーブルＫを介して供給された電力により、回転子２３を回転可能に形成されている。回転子２３は、その回転に追従して回転軸２４を回転可能に、回転軸２４と固定されている。
【００２４】
回転軸２４は、モータケーシング２１の一端側から突出し、且つ、モータケーシング２１にベアリング等の軸受２５を介して回転自在に軸支されている。なお、回転軸２４は、モータケーシング２１から重力方向に延設される。
【００２５】
軸封装置１１は、シールケーシング３０と、メカニカルシール３１と、を備えている。軸封装置１１は、モータ１０、ポンプ１２及び回転軸２４間を液密に仕切る。
【００２６】
シールケーシング３０は、内部にメカニカルシール３１を収納可能に形成されている。このようなシールケーシング３０は、両端が閉塞する円筒状に形成され、その両端面に回転軸２４を挿通する挿通孔３３を備えている。また、シールケーシング３０は、その内部に、メカニカルシール３１の潤滑油を充満可能な油室３４を形成する。
【００２７】
メカニカルシール３１は、シールケーシング３０と回転軸２４との間を密閉することで、ポンプ１２からの汚水の浸入及びモータ１０への潤滑油の浸入を防止可能に形成されている。このように、軸封装置１１は、潤滑油が充満したシールケーシング３０内にメカニカルシール３１を設けることで、モータ１０への異物混入を防止する所謂二段構造が用いられる。
【００２８】
ポンプ１２は、ケーシング４１と、羽根車４２と、を備えている。ケーシング４１は、その内部に羽根車４２を収納する渦巻ケーシングであり、その内部にポンプ室４３を形成する。ケーシング４１は、組み立てることでその内部にポンプ室４３を形成する上部材４４及び下部材４５を有し、羽根車４２を回転軸２４に固定した状態で分解可能に形成されている。
【００２９】
上部材４４は、本実施の形態では、シールケーシング３０の一部に一体に形成されている。上部材４４は、上述した挿通孔３３の下方に、羽根車４２を回動可能に指示する第１支持部４７を有している。
【００３０】
下部材４５は、水中ポンプ１を据付面に据付ける複数の脚部４８を備えている。また、下部材４５は、その底面であって、複数の脚部４８間に設けられた吸込開口４９と、その側面に設けられた吐出開口５０と、を備えている。
【００３１】
なお、吐出開口５０は、その口径（吐出径）が羽根車４２を通過可能な粒径の異物を通過可能に形成されている。具体的には、吐出開口５０の口径は、羽根車４２を通過可能な所定の粒径の異物と略同一径であって、且つ、後述する羽根車４２の吐出口６３の開口幅と略同一に形成されている。ここで、羽根車４２を通過可能な所定の粒径の異物とは、水中ポンプ１の吐出開口５０の口径（吐出径）と同直径（所定の粒径）の球形固形物である。
【００３２】
吸込開口４９は、羽根車４２の後述する吸込口５８と略同一の口径に形成されている。吸込開口４９は、羽根車４２を回動可能に支持する第２支持部４９ａを有している。なお、挿通孔３３、第１支持部４７及び第２支持部４９ａには、回転軸２４及び羽根車４２と摺動可能なライナリングＬが設けられる。第１支持部４７及び第２支持部４９ａは、これらライナリングＬの内面により形成される。
【００３３】
羽根車４２は、ノンクロッグのクローズド羽根車であって、所定の粒径の異物を通過可能に形成されている。このような羽根車４２は、軸封装置１１側に配置される上シュラウド（第１シュラウド）５２と、吸込開口４９側に配置される下シュラウド（第２シュラウド）５３と、これらシュラウド５２，５３間に設けられた羽根５４と、を備えている。また、羽根車４２は、下シュラウド５３に設けられた流体を吸込む吸込口５８と、上シュラウド５２、下シュラウド５３及び羽根５４により形成され、吸込んだ流体を吐出する吐出口６３を有している。
【００３４】
上シュラウド５２は、円板状に形成されている。上シュラウド５２は、その中央側に、回転軸２４が挿通可能であって、キー溝５６ａを有する挿通孔５６が形成された第１被支持部５７が形成されている。なお、上シュラウド５２は、羽根車４２が回転軸２４に固定された際に、重力方向に対して下シュラウド５３の上方に位置する。
【００３５】
下シュラウド５３は、円環状に形成されている。下シュラウド５３は、その中央に吸込口５８が形成されている。また、下シュラウド５３は、その中央側が円環状に突起し、当該突起の外周側に第２被支持部５９が形成されている。
【００３６】
第１被支持部５７は、ライナリングＬを介して第１支持部４７に回転及び摺動自在に支持される。第２被支持部５９は、ライナリングＬを介して第２支持部４９ａに回転及び摺動自在に支持される。
【００３７】
羽根５４は、上下シュラウド５２，５３間に１枚設けられている。具体的には、羽根５４は、下シュラウド５３に一体に成形されるとともに、上シュラウド５２にボルトによる締結、又は、溶接により固定される。
【００３８】
図２に示すように、羽根５４は、その一方の端部が、シュラウド５２，５３の中心側に、その他方の端部がシュラウド５２，５３の外周縁に配置される。羽根５４は、シュラウド５２、５３の中心（インペラ５４の回転中心）からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。なお、その詳細な形状は、羽根車４２が、汚水を所定のポンプ効率で圧送（移送）可能な形状であれば、適宜設定可能である。
【００３９】
羽根５４は、その厚さがその両端側で薄く、中央側に向かって漸次肉厚となる。羽根５４は、その内部に中空を形成する凹部５５が形成されている。凹部５５は、上シュラウド５２が固定される主面に設けられた羽根５４の外形状に沿って窪む凹部であり、上シュラウド５２によって閉塞される。
【００４０】
羽根５４は、シュラウド５２，５３及び端部間であって、そのシュラウド５２，５３の外周側に位置する端部と中途部との間に、シュラウド５３の吸込口５８から吸い込まれた汚水をポンプ室４３内へと移動させる吐出口６３を形成する。
【００４１】
この吐出口６３は、吸込口５８から吸込んだ汚水をポンプ室４３へと吐出する開口である。吐出口６３は、所定の粒径、即ち、羽根車４２内を通過可能な異物の最大粒径の異物が吐出可能に形成されている。
【００４２】
次に、このような羽根車４２の製造方法について説明する。先ず、鋳造により、上シュラウド５２、並びに、一体の下シュラウド５３及び羽根５４をそれぞれ成型する。このとき、羽根５４は、羽根車４２の吐出口６３の所定の上下シュラウド５２，５３間の開口幅と同一又はそれ以上の高さに成型する。
【００４３】
次に、羽根５４の高さを吐出口６３の目標とする（所定の）高さ寸法（開口幅）と同一に加工する。なお、成型された羽根５４の高さは、当該開口幅と同一の場合には、加工は不要である。ただし、羽根５４の上シュラウド５２と当接する面の平坦度が悪い又は表面粗さが低い等の場合には、追加工を行っても良い。
【００４４】
次に、羽根５４上に上シュラウド５２を固定させる。例えば、当該固定は、羽根５４の上面と上シュラウド５２の下面とを溶接により接合する。これにより、羽根車４２が形成される。
【００４５】
このように構成された水中ポンプ１は、電源ケーブルＫを介して電力が供給されることで、モータ１０が駆動され、固定子２２により回転子２３が回転することで回転軸２４が回転する。当該回転子２３の回転により、羽根車４２も回転する。
【００４６】
図１の水の流れＦに示すように、羽根車４２の回転により、吸込口５８から吸い込まれた汚水がケーシング４１及び羽根車４２で増圧されて、吐出口６３から吐出される。これらのことにより、水中ポンプ１は、汚水をその二次側へ送水可能に構成される。
【００４７】
このように構成された水中ポンプ１によれば、羽根５４に中空部である凹部５５を設けることで、羽根５４による重量バランスの偏りを極力低減することが可能となる。これにより、配置や重量等の機械的バランスを向上させることが可能となり、回転時における振動や騒音を極力防止することが可能となる。
【００４８】
また、羽根５４に上シュラウド５２を溶接することで、凹部５５内に汚水が浸入することが防止可能となり、汚水による重量の増加を防止可能となる。羽根５４が凹部５５を有することから、その重量が軽減され、結果、羽根車４２の重量の低減となり、スラスト方向に加わる荷重を低減させることが可能となり、スラスト寿命が向上することとなる。また、水中ポンプ１の軽量化となる。
【００４９】
また、羽根車４２は、羽根５４に上シュラウド５２を固定するだけでよく、製造工程を増大させることがない。このため、従来の技術の蓋体等で凹部５５を閉塞する技術に比べ、製造コストを低減することが可能となる。
【００５０】
さらに、羽根車４２は、下シュラウド５３及び羽根５４を鋳造により一体に成型後、別体の上シュラウド５２を固定する構成であることから、羽根車４２の吐出口６３の開口幅、即ち羽根５４の高さを、鋳造で製造後に加工することが可能となる。これにより、鋳造により成型された羽根５４の高さにばらつきがあっても、吐出口６３の所定の開口幅に合わせて羽根５４の高さの寸法精度を向上させることが可能となる。また、吐出口６３を所定の開口幅（目標寸法）とすることで、確実に所定の異物通過径を確保しつつ、性能の低下を防止可能となる。これにより、水中ポンプ１のポンプ性能のばらつきを防止し、信頼性の向上が可能となる。
【００５１】
上述したように本実施の形態に係る水中ポンプ１によれば、下シュラウド５３及び軽量化のための凹部５５を有する羽根５４を一体で成型しても、羽根５４に上シュラウド５２を固定することで、羽根車４２の出口幅の寸法のばらつきを防止し、且つ、製造コストの低減が可能となる。また、水中ポンプ１は、羽根５４の高さを加工することで、羽根５４（吐出口６３）の高さ寸法を目標寸法に設定可能となり、所定の異物通過径を確保及び性能の低下を防止することが可能となる。
【００５２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、羽根５４上に上シュラウド５２を固定させる方法として、羽根５４の上面と上シュラウド５２の下面とを溶接により接合する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、羽根５４に雌ねじ孔を設け、上シュラウド５２にボルト孔を設けて、ボルト等の締結部材で羽根５４に上シュラウド５２を結合し、羽根車４２を構成してもよい。また、このように締結部材で上シュラウド５２及び羽根５４を結合した場合には、凹部５５に異物が侵入することを防止できるが、汚水が浸入する虞があることから、例えば、パッキンや接着剤等のシーリング部材を上シュラウド５２及び羽根５４間に介在させてもよい。
【００５３】
また、上述した例では、羽根５４と下シュラウド５３を一体に鋳造により成型する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、上シュラウド５２と羽根５４を一体に成型し、下シュラウド５３と対向する面に凹部５５の開口を設け、羽根５４と下シュラウド５３を固定する構成であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１…水中ポンプ、１０…モータ、１１…軸封装置、１２…ポンプ、２１…モータケーシング、２２…固定子、２３…回転子、２４…回転軸、２５…軸受、３０…シールケーシング、３１…メカニカルシール、３３…挿通孔、３４…油室、４１…ケーシング、４２…羽根車、４３…ポンプ室、４４…上部材、４５…下部材、４７…支持部、４８…脚部、４９…吸込開口、４９ａ…支持部、５０…吐出開口、５２…上シュラウド（第１シュラウド）、５３…下シュラウド（第２シュラウド）、５４…羽根、５５…凹部、５６ａ…キー溝、５６…挿通孔、５７…被支持部、５８…吸込口、５９…被支持部、６３…吐出口、Ｂ…ボルト、Ｋ…電源ケーブル、Ｌ…ライナリング。
【図１】
0005767911.tif 000002
【図２】
0005767911.tif 000003